1مواد در مقابل طول موج لیزر
از زمان تولد اولین لیزر در سال 1960، پس از بیش از 60 سال توسعه، لیزر، به عنوان تیزترین و دقیق ترین چاقو، به تدریج در زندگی ما استفاده شده است.لیزر با زیست شناسی ترکیب شده، درمان و تشخیص پزشکی و علم داروسازی و به تدریج در زندگی روزمره در جنبه هایی مانند درمان لیزر، جراحی لیزر و تشخیص لیزر نفوذ کرده است.در زمینه تولید تجهیزات، تجهیزات لیزر با قدرت بالا نقش فزاینده ای در برش، جوش، اندازه گیری، علامت گذاری و سایر جنبه های زمینه های تولید تجهیزات پیشرفته مانند هواپیمایی، هوافضا،خودروهااز نظر میکرو ماشینکاری دقیق، لیزرهای پالس فوق کوتاه نقش غیرقابل جایگزینی در حفاری، حکاکی، حفاری، بافت سطح، اصلاح سطح، تراش،تمیز کردن و سایر جنبه های فتوولتائیک، نمایشگرهای کریستال مایع، نیمه هادی ها، ال ای دی ها، ال ای دی های OLED و سایر زمینه ها.بعد از سال ها توسعه، یک زنجیره صنعتی کامل را تشکیل داده اند و موقعیت محوری را در کاربردهای پردازش صنعتی اشغال می کنند.لیزر فیبر مادون قرمز نزدیک 1um به دلیل پوشش گسترده قدرت آن به یک نوع لیزر گسترده تبدیل شده استمس سومین فلز مورد استفاده در جهان پس از آهن و آلومینیوم است.مواد مس یکی از گسترده ترین مواد فلزی در پردازش صنعتی مدرن استساختار تقاضای ترمینال زنجیره صنعت مس بیش از ۳۰ بخش فرعی را شامل می شود، مانند هوافضا، قطار های با سرعت بالا، محصولات ترمینال هوشمند، ارتباطات الکترونیکی،و خودروها، و معیار اصلی برای کاربردهای صنعتی پیشرفته است. The 1 micron band infrared fiber laser currently used on a large scale has shortcomings such as large spatter and uncontrollable penetration depth in the processing of copper materials due to its weak absorption of copperشکل 1 منحنی های جذب مواد فلزی به طور معمول مورد استفاده برای لیزرهای با طول موج های مختلف را نشان می دهد.می توان دید که میزان جذب لیزرها توسط فلزات مختلف در طول موج های مختلف بسیار متفاوت استشکل 2 منحنی های مقایسه ی میزان جذب را در طول موج های مختلف برای مس فلزی به تنهایی نشان می دهد.میزان جذب مس از طول موج های مادون قرمز نزدیک (حدود 1 میکران) کمتر از 5٪ است، بنابراین استفاده از نور مادون قرمز برای پردازش مواد مس بسیار ناکارآمد است. 95٪ از لیزر منعکس می شود و همچنین باعث آسیب به خود لیزر می شود؛میزان جذب مس در طول موج نور سبز (515nm و 532nm) بیش از 40٪ استانتخاب طول موج لیزر خود ماده تعیین می کند که بهترین طول موج برای پردازش دقیق مواد بسیار بازتاب دهنده طول موج کوتاه (≤700nm) است.
در مقایسه با طول موج کوتاه لیزر ماوراء بنفش، محدودیت خنک فعلی علوم مواد نمی تواند از تحقق خروجی لیزر ماوراء بنفش با قدرت بالا پشتیبانی کند.لیزرهای ماوراء بنفش بیش از صد وات بسیار نادر هستندبرعکس، با تلاش دانشمندان از کشورهای مختلف، لیزرهای سبز تجاری در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته اند.شرکت TRUMPF آلمان و شرکت IPG ایالات متحده توان بسیار بالایی از نور سبز بیش از 3 کیلووات و 1 کیلووات را به دست آورده اند، به ترتیب از طریق تکنولوژی دیسک لیزر و فن آوری لیزر فیبر.لیزرهای نور سبز مداوم با قدرت بالا نقش بسیار مهمی در دو مشکل مهم در کاربردهای صنعتی فعلی دارند: چاپ سه بعدی و جوش دقیق مواد مس
2چشم انداز و مزایای استفاده از چراغ سبز با قدرت بالا
در ۱۴مین نمایشگاه بین المللی فناوری باتری چین در سال ۲۰۲۱، TRUMPF آلمان لیزر دیسک نور سبز 3 کیلوواتی خود را معرفی کرد.متوسط قدرت خروجی این محصول تا 3 کیلووات است، که نشان دهنده قوی ترین قدرت در سری لیزر سبز فعلی است و برای جوش مواد بسیار بازتاب دهنده مانند مس و آلومینیوم بسیار مناسب است.به خصوص در صنعت باتری لیتیوم که توسط باتری های قدرت خودروهای انرژی جدید نشان داده می شود، لیزرهای سبز TRUMPF (1000W 3000W) می توانند تا 120 لایه از ورق مس را تقریبا بدون پاشیدن و نفوذ دقیق و قابل کنترل جوش دهند.نور سبز با قدرت بالا نیز مزایای برجسته ای در برنامه های چاپ سه بعدی مواد مس خالص دارددر حال حاضر، هنوز هم شکاف در لیزرهای سبز با قدرت بالا در چین وجود دارد.
2.1 جوش فلز با بازتاب بالا
به دلیل رسانایی الکتریکی برجسته مواد مس، مواد مس به طور گسترده ای در صنعت باتری لیتیوم، به ویژه در باتری های قدرت خودروهای انرژی جدید استفاده می شود.جریان اصلی هنوز از لیزرهای فیبر مادون قرمز با قدرت بالا برای جوشکاری مس استفاده می کنددر مقایسه با باند مادون قرمز، جوش رس با استفاده از نور سبز کارآمدتر است و تقریبا هیچ اسپری ندارد. اسپری برای پردازش باتری کشنده است و اسپری ها بر ایمنی تولید تأثیر می گذارد،عملکرد و عمر باتری.
شکل 3 نشان دهنده جذب لیزر مادون قرمز 1064nm توسط مس است. همانطور که از شکل 3 می توان دید، با افزایش دمای ذوب از 0 تا 1400K،جذب نور مادون قرمز توسط مس به آرامی از 5 درصد به حدود 10 درصد افزایش می یابدهنگامی که مس به نقطه ذوب (1400K) می رسد، مس میزان جذب لیزر باند مادون قرمز به تدریج از 10٪ به حدود 17٪ افزایش می یابد و سپس با افزایش دمای،میزان جذب به آرامی افزایش می یابد.این تغییر ناگهانی در جذب در اطراف نقطه ذوب می تواند باعث شود که بخشی از مواد ذوب شده به شکل اسپرت تخلیه شوند و همچنین ممکن است باعث سقوط سوراخ های کوچک شوند.مجبور کردن کل فرآیند به شروع مجددبه ویژه برای جوش فرآیند پشت سر باتری های لیتیوم، بهره وری جوش بر هزینه باتری تاثیر مستقیم دارد.
شکل 4 منحنی های جذب مس را برای طول موج های مختلف (ضوء مادون قرمز، سبز و آبی) در دمای مختلف نشان می دهد.خطوط سبز در شکل نشان دهنده میزان جذب نور سبز توسط مس در 20 ° C (حال جامد) و 1600 ° C (حال ذوب) استدر دمای اتاق 20 درجه سانتیگراد، زمانی که مس در حالت جامد است، میزان جذب آن در باند نور سبز حدود 40٪ است.,میزان جذب حدود 5 درصد کاهش می یابد، یعنی جذب نور سبز بعد از ذوب شدن مس کمی کاهش می یابد.این ویژگی کمک می کند تا حفره های پایدار و تقریبا صفر اسپرت در هنگام ماشینکاری مساین مزیت آشکار جوش لیزر نور سبز نسبت به جوش لیزر مادون قرمز است.
2.2 چاپ سه بعدی مواد مس خالص
مواد مس به دلیل رسانایی حرارتی عالی ، رسانایی الکتریکی و سایر خواص عالی آن در تولید پیشرفته به طور گسترده ای استفاده می شود. به عنوان مثال در هوافضا ،قطار های با سرعت بالا، صنعت خودرو و سایر زمینه ها، تقاضای مستقیم برای تکنولوژی چاپ سه بعدی مواد مس خالص وجود دارد.
منبع نور لیزر برای چاپ سه بعدی مواد فلزی در حال حاضر عمدتا از لیزر فیبر تک حالت نزدیک مادون قرمز 1um استفاده می کند.لیزر فیبر تک حالت نزدیک به مادون قرمز 1um دارای معایب ضریب جذب پایین به دلیل ضریب جذب مواد مس است، و تاثیر زیادی در درجه حرارت، که منجر به تراکم پایین نمونه های چاپ شده و پایداری ضعیف فرآیند می شود.به عنوان بهترین منبع نور برای چاپ سه بعدی مواد فلزی بسیار بازتاب دهنده، می تواند به طور موثر مشکلات مرتبط را حل کند و برای چاپ سه بعدی مواد مس خالص، تراکم بالاتر از 99.95٪ را به دست آورد.
3چراغ سبز تک حالت مداوم با قدرت بالا از OUHK Laser
Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. عمدتاً در زمینه تحقیق و توسعه ، تولید و فروش "لیزر فیبر طول موج کوتاه پیشرفته" و "راه حل های پردازش دقیق لیزر" مشغول به کار است.این یک شرکت متمرکز بر تحقیق و توسعه است، تولید لیزرهای فیبر با طول موج کوتاه متوسط و بالا (سبز و ماوراء بنفش) و Application Solutions Laser Inc.محصولات اصلی فعلی لیزرهای سبز تک حالت 50-500W و لیزرهای فیبر پالس 100-1000W MOPA تک حالت هستندليزر OUHK بر بررسي و توسعه ليزر هاي فايبر طول موج کوتاه قدرت بالا متمرکز بوده و در راه اندازي ليزر سبز تک حالت 500 وات پيشرو بوده است:GCL-500 که می تواند برای چاپ سه بعدی فلزی با بازتاب بالا و جوش دقیق استفاده شودلیزر نور سبز GCL-500 یک فرکانس بنیادی تمام فیبر و یک راه حل دو برابر فرکانس خارج از حفره را اتخاذ می کند، و به یک خروجی نور سبز تک حالت مداوم تا بیش از 500W می رسد.پر کردن شکاف داخلی در این نوع محصول.
4. متعهد به استفاده پیشرفته از طول موج کوتاه و لیزر قدرت بالا
لیزر سبز تک حالت مداوم GCL-500 دارای ثبات قدرت خروجی خوب، کیفیت پرتو عالی و میزان جذب بالا برای مواد بسیار بازتاب دهنده، به ویژه مس،که باعث می شود برای چاپ سه بعدی مواد مس خالص امیدوار کننده باشدبا اضافه کردن یک مدولاتور فضایی، نور سبز پالس با فرکانس مدولاسیون با سرعت بالا نیز می تواند به دست آید.که باعث می شود چشم انداز گسترده ای در برش دقیق و جوش مواد بسیار بازتاب دهنده داشته باشدلیزر سبز تک حالت مداوم GCL-500 از خروجی فضای آزاد استفاده می کند که به اطمینان از کیفیت پرتو عالی کمک می کند. لیزر همچنین می تواند یک روش انتقال انعطاف پذیر را همراه با فیبر نوری فراهم کند.که می تواند به راحتی با کنترل خودکار مطابقت داشته باشد و در فرآیندهای جوش مواد با بازتاب بالا استفاده شودپس از اکتشاف طولانی مدت فرآیند جوش لیزر، نشان داده شده است که نتایج جوش بهتر می تواند با استفاده از نقاط خروجی (شکل دادن پرتو) با توزیع انرژی مختلف به دست آید.علاوه بر اينبر اساس لیزر سبز تک ماژول GCL-500 OULD Laser، همچنین می تواند ترکیب فضای چند ماژول یا پرتو فیبر را انجام دهد.می توان از خروجی نور سبز با توزیع انعطاف پذیر انرژی پرتو استفاده کرد.از سوی دیگر، تولید نور سبز فیبر نوری مستمر چندین کیلووات یا حتی ده ها هزار وات می تواند به دست آید.فراهم کردن قابلیت های اصلی جوش لیزر با کیفیت بالاليزري با کارايي بالا و قدرت زياديلیزر سبز مداوم با قدرت بالا می تواند یک راه حل موثر برای پردازش و استفاده از مواد مس فراهم کند، و انتظار می رود در چاپ سه بعدی مس خالص و جوش دقیق فلزی با بازتاب بالا درخشان باشد.